Reciprocal microRNA/target regulation
Régulation réciproque entre les microARN et leurs cibles
Résumé
Over the last 15 years, the several hundreds of identified microRNAs have been proposed to control numerous biological processes in healthy conditions or diseases. We studied two aspects of microRNA biology: the biological role of a perceived microRNA as a tumor suppressor; and the control of microRNA stability. Some microRNAs have been presented to act as pro-oncogenic or tumor-suppressor due to their role in controlling critical cellular pathways in the establishment of cancer. Nevertheless, a consensual definition of tumor-suppressing microRNAs is still missing. Similar to coding genes, we propose that tumor suppressor microRNAs must show evidence of genetic or epigenetic inactivation in cancers and exhibit an anti-proliferative activity under endogenous expression levels. In a first project, we tried out this definition with the miR-34a microRNA, which has attracted a lot of attention because it is regulated by the tumor-suppressor transcription factor p53 and became the first microRNA-based drug reaching clinical trial phase 1 in oncology. We used cancer genetics data to assess the expression level and the genetic status of miR-34a in multiple cancer types. We also performed genetic ablation to measure the endogenous function of this microRNA on cell proliferation in cancer cell lines and investigated in-depth previous over-expression studies showing its anti-proliferative effect to explain discrepancies with our results. Browsing a large diversity of cancer types, it appears that miR-34a is not down-regulated in primary tumors relative to normal adjacent tissues, and its gene does not accumulate mutations in cancer. Our work also shows that the established anti-proliferative action of miR-34a was based on over-expression experiments, leading to unrealistically high microRNA levels. Our data indicate that endogenous miR-34a levels do not have such an effect; therefore argue against a tumor-suppressive function for miR-34a.MicroRNAs repress mRNAs, but reciprocally, target mRNAs can also modulate microRNA stability. In a second project, we considered the endogenous regulation of microRNAs by mRNAs through target RNA-directed microRNA degradation (TDMD). Artificial targets as well as in vivo examples (viral transcripts, long non-coding RNAs libra in zebrafish and Cyrano in mouse) have shown that extensive complementarity between a target RNA and a microRNA triggers the proteolysis of the microRNA-Induced Silencing Complex by the ubiquitin-proteasome pathway, which exposes the microRNA for degradation. Based on published data about target RNA patterns leading to TDMD and phylogenetic conservation, we developed a computational tool for the in silico identification of RNA sites that induce microRNA degradation through TDMD. Supplemented with published RNA-seq and small-RNA-seq data, our software allows to focus on cell-specific TDMD inducer candidates. Our search uncovered several convincing candidates in mouse neurons and their molecular characterization has been initiated.
Au cours des 15 dernières années, des centaines de microARN ont été identifiés et proposés comme impliqués dans le contrôle de nombreux processus biologiques, en condition saine ou dans des maladies. Nous avons étudié deux aspects de la biologie des microARN : le rôle biologique d'un microARN perçu comme suppresseur de tumeur, et le contrôle de la stabilité des microARN. Certains microARN ont été définis comme pro-oncogéniques ou suppresseurs de tumeur de par leur rôle dans le contrôle de voies cellulaires critiques dans l'établissement de cancer. Néanmoins, une définition consensuelle d'un microARN suppresseur de tumeur fait toujours défaut. Comme pour les gènes codants, nous proposons que les microARN suppresseurs de tumeur doivent démontrer des signes d'inactivation génétique ou épigénétique dans les cancers et présenter une activité anti-proliférative à des niveaux d'expression endogènes. Dans un premier projet, nous avons testé cette définition avec le microRNA miR-34a, qui a attiré beaucoup d'attention puisqu'il est directement régulé par le facteur de transcription suppresseur de tumeur p53 et est devenu le premier miARN testé en tant que médicament atteignant la phase 1 des essais cliniques en oncologie. Nous avons utilisé des données de séquençage de cancers pour évaluer le niveau d'expression et le statut génétique de miR-34a dans plusieurs types de cancer. Nous avons également réalisé une ablation génétique dans des lignées de cellules cancéreuses afin de mesurer la fonction endogène de ce microRNA sur la prolifération cellulaire et avons examiné en profondeur les études antérieures de surexpression montrant son effet anti-prolifératif pour expliquer les divergences avec nos résultats. En parcourant une grande diversité de types de cancer, il apparaît que miR-34a n'est pas inhibé dans les tumeurs primaires par rapport aux tissus normaux adjacents, et que le locus exprimant ce microARN ne présente pas d'accumulation de mutations dans les cancers. Notre travail montre également que l'activité anti-proliférative établie du miR-34a est basée sur des expériences de surexpression conduisant à des niveaux de microRNA irréalistement élevés. Nos données indiquent finalement que les niveaux endogènes de miR-34a n'ont pas un tel effet et plaident donc contre une fonction tumeur-suppressive pour miR-34a.Les microARN répriment les ARNm, mais réciproquement, les ARNm cibles peuvent également moduler la stabilité des microARN. Dans un second projet, nous avons examiné la régulation endogène des microARN par les ARNm via la dégradation des microARN dirigée par les ARN cibles ou ''target RNA-directed microRNA degradation'' (TDMD). Des cibles artificielles ainsi que des exemples in vivo (des transcrits viraux, l'ARNlnc libra chez le Poisson-zèbre, l'ARNlnc Cyrano chez la Souris) ont permis de démontrer qu'une complémentarité étendue entre un ARN cible et un microARN entraîne la protéolyse du complexe protéique associé au microARN ou ''microRNA-Induced Silencing Complex'' par la voie ubiquitine-protéasome, ce qui expose le microARN à la dégradation. Sur la base des données publiées sur les modèles d'ARN cibles conduisant au TDMD et à l'analyse de la conservation phylogénétique des génomes, nous avons développé un outil informatique permettant l'identification in silico des sites d'ARN qui induisent la dégradation des microARN par TDMD. En le complémentant avec des données de RNA-seq et de small-RNA-seq publiées, notre logiciel permet de faire ressortir les candidats inducteurs de TDMD spécifiques à un type cellulaire. Nos résultats ont permis d'identifier plusieurs candidats convaincants dans les neurones de souris et leur caractérisation moléculaire a été initiée.
Origine : Version validée par le jury (STAR)